O instrumento de tomografia de sonda atômica LEAP® 4000 da EMSL fornece uma visão 3-D das interações físicas e químicas de nível atômico em elementos metálicos, como os aços ODS irradiados usados neste estudo. O trabalho APT revelou imagens claras dos nanoclusters para melhores comparações. Aqui, o 14YWT, Amostra de 100 dpa (esquerda) foi irradiada com íons (450 ° C), enquanto a amostra 9CrODS (direita) foi irradiada com nêutrons a 500 ° C.
Conter e retardar com segurança a mobilidade dos combustíveis do reator são preocupações de longa data do Departamento de Energia e do Departamento de Defesa dos EUA, tornando a estabilidade de radiação dos materiais usados para componentes estruturais e revestimento de combustível criticamente importante. Neste estudo, cientistas usaram várias ferramentas de análise, incluindo tomografia de sonda atômica (APT) de EMSL, feixe de íons focalizado, e recursos do acelerador, para examinar nanoclusters de óxidos complexos dentro da dispersão de óxidos fortalecida, ou ODS, aços para determinar sua resistência potencial e estabilidade sob uma variedade de condições de irradiação. Os nanoclusters complexos em aços ODS aumentam a resistência do metal a altas temperaturas, tornando o aço ODS viável para uso em estruturas nucleares ou aplicações de revestimento.
Nesse trabalho, dois aços ODS - 14YWT e 9CrODS - sofreram prótons, íon pesado, e irradiações de nêutrons sob temperaturas controladas. Sonda de átomo sensível de EMSL, que funciona especialmente bem com materiais metálicos, pode separar os elementos de uma amostra e reconstruí-los em um visual tridimensional. Isso permitiu aos cientistas calcular e quantificar os nanoclusters, mostrando que a temperatura de irradiação afetou as distribuições de tamanho do cluster. Contudo, o número de aglomerados permaneceu constante nas condições de íons pesados irradiados (onde os aglomerados foram detectados). Isso indica que, embora as cascatas de colisão deslocem átomos durante o recozimento, nenhum novo aglomerado está nucleando. Assim, se a temperatura estiver alta o suficiente, as partículas ejetadas se difundem de volta para o cluster pai, resultando em um ambiente estável.
Em suas análises variadas, os cientistas determinaram que a difusão também afetou a instabilidade dos nanoclusters em baixas temperaturas, com pouca ou nenhuma difusão de partículas, e estabilidade em altas temperaturas, onde a difusão permitiu que os átomos ejetados reformassem os nanoaglomerados. Além disso, mostrou como os aços ODS podem oferecer resistência à radiação de longo prazo.
